JP6116364B2 - Conductive elastomer member for electrophotographic apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真装置用導電性エラストマー部材に関する。 The present invention relates to a conductive elastomer member for an electrophotographic apparatus.
従来、プリンター、複写機、ファクシミリなどの電子写真装置には、一部又は全部をエラストマーによって形成させたエラストマー部材が備えられており、該エラストマー部材としては、ローラ状、ベルト状、又はシート状などの形状を有するものが知られている。
また、この種のエラストマー部材としては、カーボンブラックや金属粉末などの導電性フィラーを含有させて所定の導電性を付与した導電性エラストマー部材などが知られている。
そして、電子写真装置用の導電性エラストマー部材としては、具体的には、現像部材、帯電部材、及び転写部材などが知られており、例えば、表面担持したトナーを帯電させるための導電性エラストマー部材たる現像ローラは、芯金の外周に弾性体層が所定の肉厚で備えられており、該弾性体層が前記導電性エラストマーによって形成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, electrophotographic apparatuses such as printers, copiers, facsimiles, and the like have been provided with an elastomer member that is partially or wholly formed of an elastomer. The elastomer member can be a roller, belt, or sheet. What has the shape of is known.
Further, as this type of elastomer member, a conductive elastomer member that contains a conductive filler such as carbon black or metal powder to give predetermined conductivity is known.
As the conductive elastomer member for electrophotographic apparatus, specifically, a developing member, a charging member, a transfer member, and the like are known. For example, a conductive elastomer member for charging a surface-supported toner. In the developing roller, an elastic layer is provided on the outer periphery of the core metal with a predetermined thickness, and the elastic layer is formed of the conductive elastomer.
斯かる電子写真装置用導電性エラストマー部材は、導電性エラストマーに配合されているカーボンブラックなどの導電性フィラーが鎖状の集合体を弾性体層中に形成することなどにより、導電性が発現されているものと考えられている。 Such a conductive elastomer member for an electrophotographic apparatus exhibits conductivity when a conductive filler such as carbon black blended in the conductive elastomer forms a chain aggregate in the elastic layer. It is thought that
ところで、近年、電子写真装置においては、トナーを微細化させて印刷精度を向上させることが行われており、流動パラフィン、シリコンオイル、鉱物油、あるいは、植物油などのキャリアと呼ばれる液体に、例えば、1μm程度にまで微細化したトナーを分散させた液体現像剤が用いられるようになってきている。
この液体現像剤を使用する液体現像電子写真装置は、印刷品質にも優れ、写真やイラストなどを一度に数百枚、或いは、千枚以上印刷するような用途において広く用いられている。
By the way, in recent years, in an electrophotographic apparatus, it has been carried out to refine the toner and improve the printing accuracy, and in liquids called carriers such as liquid paraffin, silicon oil, mineral oil, or vegetable oil, for example, A liquid developer in which toner finely divided to about 1 μm is dispersed has been used.
A liquid developing electrophotographic apparatus using this liquid developer is excellent in print quality, and is widely used in applications such as printing several hundred sheets or thousands of photographs or illustrations at a time.
しかしながら、導電性エラストマー部材は、継続して電圧が加えられ続けると導電性エラストマーの導電性が徐々に低下する(電気抵抗値が高くなる)という問題を有しており、液体現像電子写真装置のように長時間の連続運転が実施されると電気的な特性を変化させてしまうおそれを有する。
特に現像ローラのように帯電粒子であるトナーの移動を制御する役割を担っている導電性エラストマー部材においては、弾性体層の電気抵抗が上昇するとトナーの移動を制御しにくくなるため、画像濃度の低下など、画質の悪化を招くおそれを有する。
However, the conductive elastomer member has a problem that when the voltage is continuously applied, the conductivity of the conductive elastomer gradually decreases (the electric resistance value increases). As described above, when the continuous operation for a long time is performed, the electrical characteristics may be changed.
In particular, in the case of a conductive elastomer member that plays a role of controlling the movement of toner, which is a charged particle, such as a developing roller, it becomes difficult to control the movement of the toner when the electric resistance of the elastic layer increases. There is a risk of image quality deterioration such as degradation.
このような問題に対し下記特許文献1に記載の発明においては、DBP吸油量が71〜168cm3/100gのカーボンブラックを黒鉛とともに導電性フィラーとして採用することが記載されている。
Such In the invention described in
黒鉛は、カーボンブラックに比べて粒子サイズが1オーダー程度大きく、且つ、金属的な電気特性を示すことからカーボンブラックともに導電性エラストマー部材中に分散させることで当該黒鉛を中継点とした導電ネットワークを形成し、カーボンブラックのみで導電ネットワークを形成させた場合よりも連続通電時における抵抗安定性を導電性エラストマー部材に発揮させ得る。
しかしながら、黒鉛とカーボンブラックとを併用した場合においても導電性エラストマー部材に十分な抵抗安定性を発揮させるのが困難な場合があり、従来、さらなる改善が要望されている。
なお、導電性エラストマー部材に対するこのような要望は、長時間の連続使用が実施される機会の多い液体現像電子写真装置において特に強く求められているものであるが、乾式現像電子写真装置に利用される導電性エラストマー部材にも同様に求められている事項である。
そして、本発明は、このような要望を満足させることを課題としており安定した電気特性を発揮しうる電子写真装置用導電性エラストマー部材を提供することを課題としている。
Graphite has a particle size about one order of magnitude larger than that of carbon black, and exhibits metallic electrical characteristics. Therefore, by dispersing carbon black in a conductive elastomer member, a conductive network having the graphite as a relay point is formed. The conductive elastomer member can exhibit resistance stability during continuous energization as compared with the case where the conductive network is formed only with carbon black.
However, even when graphite and carbon black are used in combination, it may be difficult to cause the conductive elastomer member to exhibit sufficient resistance stability, and there has been a demand for further improvement.
Such a demand for the conductive elastomer member is strongly demanded particularly in a liquid developing electrophotographic apparatus having many opportunities for continuous use for a long time, but is used in a dry developing electrophotographic apparatus. The same applies to conductive elastomer members.
And this invention makes it a subject to satisfy such a request, and makes it the subject to provide the electroconductive elastomer member for electrophotographic apparatuses which can exhibit the stable electrical property.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行い、導電性エラストマー部材中における電荷の蓄積と抵抗値の時間変化とに相関性を見出した。
また、本発明者は、導電性エラストマー部材中でカーボンブラック間やカーボンブラックと黒鉛との間がオングストロームオーダーやナノオーダーで離間して電気的に不連続になっており、通電時においてこの不連続箇所にトンネル電流が生じていること、及び、連続通電によって許容範囲を超えた電荷の蓄積が起きることでトンネル電流による通電が阻害されることが抵抗値の時間変化に関連していると判断して上記課題の解決を図った。
そして、本発明者は、特定のエラストマーに特定のカーボンブラックと黒鉛とを分散させて導電性エラストマーを形成させることで、電荷の蓄積量を大きく確保させることができ当該導電性エラストマーに優れた抵抗安定性を発揮させ得ることを見出して本発明を完成させるに至った。
The present inventor has intensively studied to solve the above problems, and has found a correlation between the charge accumulation in the conductive elastomer member and the temporal change in the resistance value.
In addition, the inventor found that the conductive elastomer member is electrically discontinuous with carbon black and graphite being separated from each other in angstrom order or nano order. Judging that the tunnel current is generated at the location, and that the accumulation of charges exceeding the allowable range due to continuous energization prevents the tunnel current from being interrupted is related to the temporal change in resistance value. To solve the above problems.
Then, the present inventor can form a conductive elastomer by dispersing a specific carbon black and graphite in a specific elastomer, so that a large amount of charge can be secured, and an excellent resistance to the conductive elastomer. The inventors have found that stability can be exhibited and have completed the present invention.
即ち、上記課題を解決するための電子写真装置用導電性エラストマー部材に係る本発明は、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートとを反応させてなるポリウレタンエラストマーと、黒鉛と、カーボンブラックとを含有する導電性エラストマーによって形成されている電子写真装置用導電性エラストマー部材であって、前記導電性エラストマーが前記カーボンブラックを1質量%以上3質量%以下の割合で含有し、前記黒鉛を3質量%以上8質量%以下の割合で含有しており、前記カーボンブラックのDBP吸油量が45cm3/100g以上64cm3/100g以下で、前記黒鉛の平均粒子径が3μm以上10μm以下であり、前記ポリウレタンエラストマーは、前記ポリエステルポリオールが、側鎖を有する炭素数4以上のグリコール(A1)と、炭素数2又は3の直鎖状のグリコール(A2)と、水酸基を3個以上有するグリコール(A3)とを少なくとも含むグリコール成分(A)をアジピン酸(B)と反応させた数平均分子量が2000以上3000以下で水酸基価が80mg/KOHg以上88mg/KOHg以下のポリエステルポリオールであることを特徴としている。 That is, the present invention relating to a conductive elastomer member for an electrophotographic apparatus for solving the above-mentioned problems is a conductive elastomer containing a polyurethane elastomer obtained by reacting a polyester polyol and a polyisocyanate, graphite, and carbon black. A conductive elastomer member for an electrophotographic apparatus, wherein the conductive elastomer contains the carbon black in a proportion of 1% by mass to 3% by mass, and the graphite is 3% by mass to 8% by mass. are contained in the following proportions, DBP oil absorption amount of the carbon black in 45cm 3/100 g or more 64cm 3/100 g or less, average particle size of the graphite is at 3μm or 10μm or less, wherein the polyurethane elastomer, the polyester The polyol is a glyco having 4 or more carbon atoms having a side chain. A glycol component (A) containing at least a polyol (A1), a linear glycol (A2) having 2 or 3 carbon atoms, and a glycol (A3) having 3 or more hydroxyl groups is reacted with adipic acid (B). The polyester polyol has a number average molecular weight of 2,000 to 3,000 and a hydroxyl value of 80 mg / KOHg to 88 mg / KOHg.
本発明において導電性フィラーとして用いるカーボンブラックは、DBP吸油量の値の小さな、小サイズのものである。
従って、導電性エラストマーの体積に対する当該カーボンブラックの表面積の割合を大きくすることができ数多くの導電ネットワークを形成させることができる。
即ち、本発明においては、導電性エラストマーを電荷の蓄積量が大きなものとすることができる。
ただし、カーボンブラックは凝集を生じ易いために単にDBP吸油量の値の小さなカーボンブラックを用いるだけでは導電性エラストマー中に良好な状態で導電ネットワークを形成することが困難であるものの本発明においては特定のポリウレタンエラストマーに前記カーボンブラックを分散させることから該カーボンブラックが従来の導電性エラストマーに比べて均一分散されやすく、該導電性エラストマーに良好な状態で導電ネットワークを形成させ得る。
The carbon black used as the conductive filler in the present invention is of a small size with a small DBP oil absorption value.
Therefore, the ratio of the surface area of the carbon black to the volume of the conductive elastomer can be increased, and a large number of conductive networks can be formed.
That is, in the present invention, the conductive elastomer can have a large charge accumulation amount.
However, since carbon black tends to agglomerate, it is difficult to form a conductive network in a good state in a conductive elastomer simply by using carbon black having a small DBP oil absorption value. Since the carbon black is dispersed in the polyurethane elastomer, the carbon black is more easily dispersed uniformly than the conventional conductive elastomer, and the conductive elastomer can be formed in a good state.
以下に、本発明の好ましい実施の形態について、電子写真装置用導電性エラストマー部材として現像ローラを例示しつつ添付図面に基づき説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings while illustrating a developing roller as a conductive elastomer member for an electrophotographic apparatus.
図1は、現像ローラを示す斜視図であり、この斜視図にも示されているように、該現像ローラ1は、軸周りに回転可能な状態で電子写真装置に備えられるべく中心部に金属の丸棒からなる芯金2を備えている。
本実施形態における前記現像ローラ1は、該芯金2の外周に略一定の厚みで備えられた弾性体層3と、該弾性体層3の表面を覆う表面層4とを有している。
即ち、本実施形態における前記現像ローラ1は、円筒状の弾性体を芯金2の外周に装着させた状態となって形成されている。
なお、前記弾性体層3は、当該現像ローラ1が他の部材との接触によって所望の弾性変形を示すように設けられたものであり、前記表面層4は、表面の耐摩耗性、並びに離型性を向上させるべく現像ローラ1の最表面側に設けられたものである。
FIG. 1 is a perspective view showing a developing roller, and as shown in this perspective view, the developing
The developing
That is, the developing
The
この弾性体層3の厚みや表面層4の厚みについては、本実施形態の現像ローラ1がどのような電子写真装置に組み込まれるかによっても異なるが、通常、前記弾性体層3の厚みは、1mm〜10mmとされ、前記表面層4は、1μm〜100μmの厚みとされる。
Although the thickness of the
本実施形態の現像ローラに必要とされる導電性は、特に限定されるものではないが、通常、1×104Ω以上1×108Ω以下の電気抵抗値となるように形成されることが求められており、JIS A硬度は、通常、10〜60°程度であることが好ましく、20〜50°であることが特に好ましい。 The electrical conductivity required for the developing roller of the present embodiment is not particularly limited, but is usually formed to have an electric resistance value of 1 × 10 4 Ω or more and 1 × 10 8 Ω or less. In general, the JIS A hardness is preferably about 10 to 60 °, and particularly preferably 20 to 50 °.
また、前記現像ローラは、芯金の片端に5Nずつ、合計10Nの荷重をかけてステンレス板に外周面を当接させた状態で、前記芯金と前記ステンレス板との間に100μAの直流電流を5時間通電し続けた際における抵抗値が通電開始直後における抵抗値の2倍以下となるように形成されていることが好ましい。
そして、前記現像ローラは、前記のようにステンレス板に当接させた状態で前記芯金と前記ステンレス板との間に実効値500mVの交流電圧を1Hzから20kHzにわたる周波数で印加して電圧に対する電流の位相差を測定した際にこの周波数領域全域にわたって前記位相差が−90°以上−60°以下となるように形成されていることが好ましい。
The developing roller has a direct current of 100 μA between the metal core and the stainless steel plate in a state where a load of 5 N is applied to one end of the metal core and the outer peripheral surface is brought into contact with the stainless steel plate with a load of 10 N in total. It is preferable that the resistance value when the energization is continued for 5 hours is not more than twice the resistance value immediately after the energization is started.
The developing roller applies an AC voltage having an effective value of 500 mV between the metal core and the stainless steel plate at a frequency ranging from 1 Hz to 20 kHz while being in contact with the stainless steel plate as described above. When the phase difference is measured, it is preferable that the phase difference is −90 ° or more and −60 ° or less over the entire frequency region.
本発明者が見出した事項によれば、前記位相差と連続通電を行う前後における弾性体層の電気抵抗値の変化量とは正の相関関係があり、特に電圧に対する電流の位相差が1Hzから20kHzの間のいずれかにおいて−60°を超えた(例えば、−50°などの)値を示す状況になると連続通電による抵抗値の増大が顕著になる傾向を示す。
従って、電気特性の安定性に優れた現像ローラを得る上においては、上記測定方法にて測定した位相差が上記範囲となるように弾性体層の使用材料や配合割合等を調整することが好ましい。
なお、より具体的には、この現像ローラの電気特性は、実施例記載の方法により求めることができる。
また、現像ローラ以外の、例えば、シート状の導電性エラストマー部材であれば、2枚の金属板の間に挟んで上記と同様に金属板間に電気をかけて位相差や抵抗値変化を測定することができる。
According to the matter found by the present inventors, there is a positive correlation between the phase difference and the amount of change in the electric resistance value of the elastic layer before and after continuous energization, and in particular, the phase difference of the current with respect to the voltage is from 1 Hz. In any situation between 20 kHz, when the value shows a value exceeding −60 ° (for example, −50 °), the resistance value increases due to continuous energization.
Therefore, in order to obtain a developing roller having excellent electrical property stability, it is preferable to adjust the material used, the blending ratio, and the like of the elastic layer so that the phase difference measured by the measurement method falls within the above range. .
More specifically, the electrical characteristics of the developing roller can be obtained by the method described in the examples.
In addition, for example, in the case of a sheet-like conductive elastomer member other than the developing roller, a phase difference and a resistance value change are measured by applying electricity between the metal plates in the same manner as described above with being sandwiched between two metal plates. Can do.
上記のような特性を現像ローラに付与することが容易となる点において、前記弾性体層は所定の材料にて形成されることが好ましい。
具体的には、前記弾性体層3は、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートとを反応させてなるポリウレタンエラストマーと、黒鉛と、カーボンブラックとを含有する導電性エラストマーによって形成されていることが重要である。
さらに、詳細に説明すると、前記弾性体層3は、前記導電性エラストマーが前記カーボンブラックを1質量%以上3質量%以下の割合で含有し、前記黒鉛を3質量%以上8質量%以下の割合で含有しており、前記カーボンブラックのDBP吸油量が45cm3/100g以上64cm3/100g以下で、前記黒鉛の平均粒子径が3μm以上10μm以下であることが重要である。
また、前記弾性体層3は、前記ポリウレタンエラストマーを構成する前記ポリエステルポリオールが、側鎖を有する炭素数4以上のグリコール(A1)と、炭素数2又は3の直鎖状のグリコール(A2)と、水酸基を3個以上有するグリコール(A3)とを少なくとも含むグリコール成分(A)をアジピン酸(B)と反応させた数平均分子量が2000以上3000以下で水酸基価が80mg/KOHg以上88mg/KOHg以下のポリエステルポリオールであることが重要である。
The elastic layer is preferably formed of a predetermined material in that it is easy to impart the above characteristics to the developing roller.
Specifically, it is important that the
More specifically, in the
In the
なお、カーボンブラックが、通常、1μm以下(数十nm)の大きさを有しているのに対して黒鉛は、通常、1μmを超える大きさを有しており、粒子サイズがカーボンブラックよりも1オーダー以上大きなものある。
しかも、黒鉛は、カーボンブラックに比べて結晶構造を発達させており、電子状態が半金属的で、通常、粒子自体の導電性がカーボンブラックに比べて優れている。
そのため、黒鉛だけで弾性体層全体を比較的均一に前記のような中抵抗値とすることは難しい。
そして、本実施形態においては上記に示すようにDBP吸油量の値が小さく、サイズの小さなカーボンブラックを多量に用いて弾性体層に安定した電気特性を付与している。
しかし、このカーボンブラックは、使用量が過度に多くなるとポリオールに分散させて得られる分散液が高粘度となるためにカーボンブラックだけでも弾性体層を前記のような中抵抗とすることは難しい。
即ち、本実施形態においては、カーボンブラック及び黒鉛の含有量を前記範囲とすることで弾性体層3への好適な電気特性の付与するのに際して互いの短所を相手側に補完させるようにしている。
Carbon black usually has a size of 1 μm or less (several tens of nm), whereas graphite usually has a size exceeding 1 μm, and its particle size is larger than that of carbon black. Some are larger than 1 order.
In addition, graphite has a crystal structure developed as compared with carbon black, its electronic state is semi-metallic, and usually the conductivity of the particles themselves is superior to that of carbon black.
Therefore, it is difficult to make the entire elastic layer relatively uniform with the above-mentioned medium resistance value using only graphite.
In the present embodiment, as described above, the DBP oil absorption value is small, and a large amount of carbon black having a small size is used to impart stable electrical characteristics to the elastic layer.
However, when this carbon black is used in an excessive amount, the dispersion obtained by dispersing it in the polyol has a high viscosity, so it is difficult to make the elastic layer have the above-mentioned medium resistance even with carbon black alone.
That is, in the present embodiment, the other side is complemented by the other side when imparting suitable electrical characteristics to the
前記のようなDBP吸油量を示すカーボンブラックは、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラックなどの呼称で市販されているものを採用することができ、前記黒鉛は、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれであってもよいが、入手しやすく品質がより安定しているという点で人造黒鉛が好ましい。 As the carbon black showing the DBP oil absorption amount as described above, for example, those commercially available under names such as furnace black and channel black can be adopted, and the graphite is either natural graphite or artificial graphite. However, artificial graphite is preferable because it is easily available and the quality is more stable.
なお、前記DBP吸油量は、一定質量のカーボンブラック中の空隙容積を液体で置換し、その容量を指標とするもので、具体的には、カーボンブラック100gあたりに包含される油の量(cm3)をいい、ASTM D3493−85aに準拠した方法で測定し得る。 The DBP oil absorption amount is obtained by substituting the void volume in a constant mass of carbon black with liquid and using the volume as an index. Specifically, the amount of oil contained in 100 g of carbon black (cm 3 ), which can be measured by a method according to ASTM D3493-85a.
なお、DBP吸油量が前記の範囲内の値となるカーボンブラックを弾性体層3に含有させることが重要なのは、カーボンブラックのDBP吸油量の値が前記範囲の下限値以上であることにより弾性体層3に安定した導電性を発揮させ易く、前記DBP吸油量の値が前記範囲の上限値以下であることで当該カーボンブラックをポリオールに分散させて得られる分散液に優れた流動性を発揮させることができ、この分散液にポリイソシアネートを混合した混合液も型内成形などの簡便な成形方法を行わせるのに適した状態になるためである。
It is important that the
また、前記導電性エラストマーに前記カーボンブラックを1質量%以上3質量%以下の割合で含有させることが重要であるのは、前記カーボンブラックを1質量%以上含有させることで導電性エラストマーに安定した導電性を発揮させることができ、前記カーボンブラックの含有量を3質量%以下とすることで当該カーボンブラックをポリオールに分散させた分散液に良好なる流動性を発揮させることができるためである。
In addition, it is important that the carbon black is contained in the conductive elastomer in a proportion of 1% by mass or more and 3% by mass or less. This is because conductivity can be exhibited, and by making the content of the
なお、弾性体層3の形成に用いる前記黒鉛の平均粒子径を3〜10μmとしているのは、前記黒鉛の平均粒子径が3μm以上であることにより、当該黒鉛を前記カーボンブラックとともにポリオールに分散させた分散液に良好な流動性を付与しやすく、弾性体層3の形成をより容易にさせ得るためであり、前記黒鉛の平均粒子径を10μm以下とすることにより弾性体層の導電性に均質性を発揮させ易いためである。
また、弾性体層の表面を平滑にし易い点においても、黒鉛は、平均粒子径が10μm以下であることが好ましい。
このようなことから黒鉛の平均粒子径は、4μm以上6μm以下であることが特に好ましい。
この黒鉛の平均粒子径とは、レーザ回折・散乱法による粒度分布分析における累積50%径(d50)を意味する。
The average particle diameter of the graphite used for forming the
Moreover, it is preferable that the average particle diameter of graphite is 10 micrometers or less also in the point which makes the surface of an elastic body layer smooth easily.
For this reason, the average particle size of graphite is particularly preferably 4 μm or more and 6 μm or less.
The average particle diameter of the graphite means a cumulative 50% diameter (d50) in particle size distribution analysis by a laser diffraction / scattering method.
そして、前記導電性エラストマーに前記黒鉛を3質量%以上8質量%以下の割合で含有させることが重要であるのは、前記黒鉛を3質量%以上含有させることで導電性エラストマーに安定した導電性を発揮させることができ、前記黒鉛の含有量を8質量%以下とすることでポリオールに当該黒鉛をカーボンブラックとともに分散させた分散液に対して良好な流動性を発揮させることができるためである。 And, it is important that the graphite is contained in the conductive elastomer in a proportion of 3% by mass or more and 8% by mass or less because the conductive elastomer is stable by containing 3% by mass or more of the graphite. This is because when the graphite content is 8% by mass or less, good fluidity can be exhibited with respect to a dispersion in which the graphite is dispersed together with carbon black. .
このような導電性フィラーとともに弾性体層を形成させるポリウレタンエラストマーは、本実施形態においては前記のようにポリエステルポリオールとポリイソシアネートとを反応させたものである。 In this embodiment, the polyurethane elastomer that forms an elastic layer together with such a conductive filler is obtained by reacting a polyester polyol and a polyisocyanate as described above.
このポリエステルポリオールは、前記のようにグリコール成分(A)とアジピン酸(B)とを反応させてなるもので、前記グリコール成分(A)には、側鎖を有する炭素数4以上の第一グリコール(A1)と、炭素数2又は3の直鎖状の第二グリコール(A2)と、水酸基を3個以上有する第三グリコール(A3)とを少なくとも含んでいる。 This polyester polyol is obtained by reacting the glycol component (A) and adipic acid (B) as described above, and the glycol component (A) includes a first glycol having 4 or more carbon atoms having a side chain. It contains at least (A1), a linear second glycol (C2) having 2 or 3 carbon atoms, and a third glycol (A3) having three or more hydroxyl groups.
(第一グリコール)
前記ポリエステルポリオールの出発物質の一つである第一グリコール(A1)は、グリコール成分(A)における主成分たるもので、側鎖を含めて炭素数が4以上のグリコールである。
なお、該第一グリコールとしては、前記炭素数が9以下であることが好ましい。
該第一グリコール(A1)としては、例えば、炭素数4〜9のジオールが挙げられ、具体的には、2−メチルプロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオールや3−メチル−2,4−ペンタンジオールといった3−メチルペンタンジオール(略称3MPD)、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−ブチル−1,3−プロパンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール等が挙げられる。
(Primary glycol)
The first glycol (A1), which is one of the starting materials of the polyester polyol, is a main component in the glycol component (A) and is a glycol having 4 or more carbon atoms including side chains.
The first glycol preferably has 9 or less carbon atoms.
Examples of the first glycol (A1) include diols having 4 to 9 carbon atoms, and specific examples include 2-methylpropanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, and 3-methyl-2. , 4-pentanediol such as 3-methylpentanediol (abbreviation 3MPD), 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 2-methyl-2-butyl-1,3-propanediol, 2,2,4- Examples include trimethyl-1,3-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, 2-methyl-1,8-octanediol, and 2,4-diethyl-1,5-pentanediol.
また、前記第一グリコール(A1)としては、ラクトン開環重合系ポリエステルポリオールも用いることができ、例えば、ペンタノ−4−ラクトン系化合物、γ−バレロラクトン系化合物、4,4−ジメチルテトラヒドロ−2H−ピラン−2−オン化合物等の側鎖を含有した環状エステル化合物(即ち、ラクトン類)の開環重合により得られるラクトン開環重合系ポリエステルポリオールを挙げることができる。 Moreover, as said 1st glycol (A1), a lactone ring-opening polymerization type | system | group polyester polyol can also be used, for example, a pentano-4-lactone type compound, a gamma-valerolactone type compound, 4,4-dimethyltetrahydro-2H. Examples include lactone ring-opening polymerization polyester polyols obtained by ring-opening polymerization of cyclic ester compounds (that is, lactones) containing a side chain such as a pyran-2-one compound.
本実施形態の現像ローラを、液体現像方式の電子写真装置に用いる場合には、流動パラフィン、シリコンオイル、鉱物油、又は、植物油などといったキャリアに対する耐性に優れた弾性体層の形成に有利である点において前記第一グリコール(A1)として、2−メチルプロパンジオール、3−メチルペンタンジオールの何れかを採用することが好ましく、3−メチル−1,5−ペンタンジオールを採用することが特に好ましい。
なお、これら第一グリコールは上記例示の化合物を1種単独で用いても2種以上を組み合わせて前記グリコール成分に含有させるようにしてもよい。
When the developing roller of this embodiment is used in a liquid developing type electrophotographic apparatus, it is advantageous for forming an elastic body layer having excellent resistance to a carrier such as liquid paraffin, silicon oil, mineral oil, or vegetable oil. In this respect, it is preferable to employ any of 2-methylpropanediol and 3-methylpentanediol as the first glycol (A1), and it is particularly preferable to employ 3-methyl-1,5-pentanediol.
These first glycols may be used alone or in combination of two or more of the above exemplified compounds in the glycol component.
(第二グリコール)
炭素数2〜3の直鎖構造を有する前記第二グリコールは、圧縮永久歪の低減(残留歪み抑制)効果を導電性エラストマーに対して発揮させるのに有効な成分であり、また、キャリア耐性(膨潤抑制)効果を有する。
該第二グリコール(A2)としては、例えば、エチレングリコール(略称EG)、1,3−プロピレングリコール(1,3PD)等の炭素数2〜3のジオールが挙げられる。
なお、これら第二グリコールは上記例示の化合物を1種単独で用いても2種以上を組み合わせて前記グリコール成分に含有させるようにしてもよい。
(Secondary glycol)
The second glycol having a straight chain structure having 2 to 3 carbon atoms is an effective component for exerting an effect of reducing compression set (residual strain suppression) on a conductive elastomer, and carrier resistance ( Swelling suppression) effect.
Examples of the second glycol (A2) include diols having 2 to 3 carbon atoms such as ethylene glycol (abbreviation EG) and 1,3-propylene glycol (1,3PD).
These second glycols may be used alone or in combination of two or more of the above-exemplified compounds in the glycol component.
(第三グリコール)
水酸基を3個以上有する三官能以上のポリオールである前記第三グリコール(A3)は、弾性体層を構成する導電性エラストマーに架橋構造を導入させて変形に対する優れた復元力を弾性体層に付与するのに有効な成分である。
また、本実施形態の現像ローラを、液体現像方式の電子写真装置に用いる場合には、当該第三グリコールは、弾性体層にキャリアによる膨潤を抑制する効果を発揮させることができる。
(Third glycol)
The above-mentioned tertiary glycol (A3), which is a trifunctional or higher functional polyol having 3 or more hydroxyl groups, introduces a crosslinked structure into the conductive elastomer constituting the elastic layer and imparts an excellent restoring force against deformation to the elastic layer. It is an effective ingredient to do.
Further, when the developing roller of this embodiment is used in a liquid developing type electrophotographic apparatus, the third glycol can exert an effect of suppressing swelling due to the carrier in the elastic layer.
該第三グリコールとしては、例えばトリメチロールプロパン(略称TMP)、グリセリン、ペンタエリスリトール、ヘキサントリオール等の三官能化合物、又は、トリメチロールプロパンやペンタエリスリトール等の二量体(ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリストール)、ソルビトール等の糖類等の三官能を超える化合物が挙げられる。
これらの中では、前記第三グリコールとして、トリメチロールプロパン、グリセリンを採用することが好ましく、ハンドリングの点からはトリメチロールプロパンを採用することがより好ましい。
なお、これら第三グリコールは上記例示の化合物を1種単独で用いても2種以上を組み合わせて前記グリコール成分に含有させるようにしてもよい。
Examples of the third glycol include trifunctional compounds such as trimethylolpropane (abbreviation TMP), glycerin, pentaerythritol, and hexanetriol, or dimers such as trimethylolpropane and pentaerythritol (ditrimethylolpropane, dipentaerythritol). Stole), compounds having more than three functional groups such as saccharides such as sorbitol.
In these, it is preferable to employ | adopt trimethylol propane and glycerol as said 3rd glycol, and it is more preferable to employ | adopt trimethylol propane from the point of handling.
These third glycols may be used alone or in combination of two or more of the above-exemplified compounds in the glycol component.
前記グリコール成分は、弾性体層の変形に対する復元性や必要に応じてキャリア耐性などの観点から第一グリコール(A1)、第二グリコール(A2)、及び、第三グリコール(A3)が所定の割合で含有されることが好ましい。
具体的には前記グリコール成分(A)は、第一グリコール(A1)と第二グリコール(A2)とが90/10〜30/70のモル比((A1)/(A2))となって含有されることが好ましく、80/20〜50/50の前記モル比で含有されることが特に好ましい。
前記第一グリコール(A1)と前記第二グリコール(A2)との合計に対し、3官能以上の前記第三グリコール(A3)は、モル比[{(A1)+(A2)}/(A3)]で、99/1〜85/15となるようにグリコール成分に含有させることが好ましく、97/3〜90/10の前記モル比でグリコール成分に含有させることが特に好ましい。
The glycol component has a predetermined ratio of the first glycol (A1), the second glycol (A2), and the third glycol (A3) from the viewpoint of resilience to deformation of the elastic layer and, if necessary, carrier resistance. It is preferable to contain.
Specifically, the glycol component (A) contains the first glycol (A1) and the second glycol (A2) in a molar ratio of 90/10 to 30/70 ((A1) / (A2)). It is preferable that it is contained at a molar ratio of 80/20 to 50/50.
The triglyceride (A3) having three or more functional groups has a molar ratio [{(A1) + (A2)} / (A3) with respect to the total of the first glycol (A1) and the second glycol (A2). ] It is preferable to make it contain in a glycol component so that it may become 99/1-85/15, and it is especially preferable to make it contain in the glycol component by the said molar ratio of 97/3-90/10.
このようなグリコール成分(A)と前記アジピン酸(B)とは、80/20〜20/80のモル比で反応させることが好ましく、該反応によって得られる前記ポリエステルポリオールを数平均分子量が2000以上3000以下、且つ水酸基価が80mg/KOHg以上88mg/KOHg以下となるように反応させることが重要である。
なお、ポリエステルポリオールの数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミッションクロマトグラフ(GPC)を用いて測定することができ、例えば、東ソー社製GPC:型名「HLC−8020」を用いて、カラム「G−4000」、「G−3000」、「G−2000」(いずれも東ソー社製)を三本連結させて、移動相にクロロホルムを使用することにより測定することができる。
また、前記水酸基価は、JIS K0070に準じた方法により求められる値である。
The glycol component (A) and the adipic acid (B) are preferably reacted at a molar ratio of 80/20 to 20/80, and the polyester polyol obtained by the reaction has a number average molecular weight of 2000 or more. It is important to carry out the reaction so that the hydroxyl value is 3000 or less and the hydroxyl value is 80 mg / KOHg or more and 88 mg / KOHg or less.
The number average molecular weight (Mn) of the polyester polyol can be measured by using a gel permeation chromatograph (GPC). For example, using GPC manufactured by Tosoh Corporation: “HLC-8020”, the column “G -4000 "," G-3000 ", and" G-2000 "(all manufactured by Tosoh Corporation) can be linked together, and the measurement can be performed by using chloroform as the mobile phase.
Moreover, the said hydroxyl value is a value calculated | required by the method according to JISK0070.
このようなポリエステルポリオールは、前記カーボンブラックや前記黒鉛の弾性体層中における分散状況を良好なものとすることができる。
そのため、本実施形態の弾性体層は、カーボンブラックどうしやカーボンブラックと黒鉛との間がオングストロームオーダーで離間するような箇所が従来の弾性体層に比べて多く形成され、従来の弾性体層に比べて大きな静電容量を示す状態となる。
このことから本実施形態の弾性体層は、トンネル電流による導電パスを従来の弾性体層よりも多く存在させているとともにトンネル電流が阻害されるまでの電荷の蓄積量を大きく確保することができるため連続通電時における優れた抵抗安定性が発揮されることになる。
なお、弾性体層が前記キャリアなどによって膨潤された場合には、導電性フィラーどうしの間隔も変化し、静電容量を変化させるおそれがあるが、本実施形態の弾性体層は、上記のようにその形成にキャリアに対する耐性に優れたポリエステルポリオールが用いられる。
従って、本実施形態の現像ローラは、キャリアによっても抵抗安定性が変化し難いという利点を有する。
そのため、本実施形態の現像ローラは、その効果をより顕著に発揮させ得る点において液体現像電子写真装置において使用されることが好ましいといえる。
Such a polyester polyol can improve the dispersion state of the carbon black or the graphite in the elastic body layer.
Therefore, the elastic body layer of this embodiment is formed with more portions where the carbon blacks or the carbon black and the graphite are separated in angstrom order than the conventional elastic body layer. It will be in the state which shows large electrostatic capacitance compared with.
Therefore, the elastic layer of the present embodiment has a larger number of conductive paths due to the tunnel current than the conventional elastic layer and can secure a large amount of electric charge accumulated until the tunnel current is inhibited. Therefore, excellent resistance stability during continuous energization is exhibited.
Note that when the elastic layer is swollen by the carrier or the like, the interval between the conductive fillers may change, and the capacitance may be changed. However, the elastic layer of the present embodiment is as described above. In addition, a polyester polyol having excellent resistance to carriers is used for its formation.
Therefore, the developing roller of this embodiment has an advantage that resistance stability hardly changes depending on the carrier.
Therefore, it can be said that the developing roller of the present embodiment is preferably used in a liquid developing electrophotographic apparatus in that the effect can be exhibited more remarkably.
上記のようなポリエステルポリオールとともにポリウレタンエラストマーを構成する前記ポリイソシアネートとしては、特に限定されないが、具体的には、例えば、2,4−トリレンジイソシアネート(2,4−TDI)、2,6−トリレンジイソシアネート(2,6−TDI)、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4'−MDI)、2,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4'−MDI)、1,4−フェニレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、トリジンジイソシアネート(TODI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)などの芳香族ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMHDI)、リジンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアナートメチル(NBDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)などの脂肪族ポリイソシアネート、トランスシクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、H6XDI(水添XDI)、H12MDI(水添MDI)などの脂環式ポリイソシアネート、上記の各ポリイソシアネートのカルボジイミド変性ポリイソシアネート、又は、これらのイソシアヌレート変性ポリイソシアネートなどを採用することができる。
なお、これらのポリイソシアネートは、1種が単独で、又は2種以上が組み合わされて用いられ得る。
Although it does not specifically limit as said polyisocyanate which comprises a polyurethane elastomer with the above polyester polyols, Specifically, for example, 2, 4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI), 2,6-tri-ethylene, for example. Range isocyanate (2,6-TDI), 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (4,4′-MDI), 2,4′-diphenylmethane diisocyanate (2,4′-MDI), 1,4-phenylene diisocyanate, poly Aromatic polyisocyanates such as methylene polyphenylene polyisocyanate, tolidine diisocyanate (TODI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), trimethylhexamethylene diisocyanate (TMHDI) Aliphatic polyisocyanates such as lysine diisocyanate, norbornene diisocyanate methyl (NBDI), xylylene diisocyanate (XDI), tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI), transcyclohexane-1,4-diisocyanate, isophorone diisocyanate (IPDI), An alicyclic polyisocyanate such as H6XDI (hydrogenated XDI) or H12MDI (hydrogenated MDI), a carbodiimide-modified polyisocyanate of each of the above polyisocyanates, or an isocyanurate-modified polyisocyanate thereof can be employed.
In addition, these polyisocyanate can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
なかでも、前記ポリイソシアネートは、トリレンジイソシアネートが好ましく、2,4−トリレンジイソシアネート(2,4−TDI)と2,6−トリレンジイソシアネート(2,6−TDI)とを併用することが特に好ましい。
また、前記ポリイソシアネートは、2,4−TDIと2,6−TDIとを7:3〜9:1の質量比率で併用することが最も好ましい。
Among these, the polyisocyanate is preferably tolylene diisocyanate, and it is particularly preferable to use 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI) and 2,6-tolylene diisocyanate (2,6-TDI) in combination. preferable.
The polyisocyanate is most preferably a combination of 2,4-TDI and 2,6-TDI at a mass ratio of 7: 3 to 9: 1.
弾性変形後の復元性に優れ、キャリアによる影響を受け難い弾性体層を得る上においては、前記ポリエステルポリオールとともにポリウレタンエラストマーを構成するポリイソシアネートは、ヘキサメチレンジイソシアネートを構成成分として含有するポリイソシアネートを用いることが好ましい。
即ち、前記ポリイソシアネートとしては、一般に“変性HDI”などと呼ばれているポリイソシアネートものを好適に採用することができる。
また、本実施形態におけるポリイソシアネートとしては、イソシアネート基と反応する官能基を2以上有する有機化合物によって複数のヘキサメチレンジイソシアネートが結合されて、分子末端がヘキサメチレンジイソシアネートで構成されたポリイソシアネートが特に好ましい。
In order to obtain an elastic body layer that is excellent in resilience after elastic deformation and is hardly affected by the carrier, the polyisocyanate that constitutes the polyurethane elastomer together with the polyester polyol uses a polyisocyanate containing hexamethylene diisocyanate as a constituent component. It is preferable.
That is, as the polyisocyanate, a polyisocyanate generally called “modified HDI” or the like can be suitably used.
In addition, as the polyisocyanate in the present embodiment, a polyisocyanate in which a plurality of hexamethylene diisocyanates are bonded by an organic compound having two or more functional groups that react with isocyanate groups and the molecular ends are composed of hexamethylene diisocyanate is particularly preferable. .
このポリイソシアネートは、分岐のない直線的な分子構造を有するものであっても、分岐構造を有するものであってもよいが、弾性体層を硬度の低い柔軟なものとする上においては、分子内に芳香族基や脂環族基といった剛直性を発揮する構造を存在させないことが好ましい。
即ち、ヘキサメチレンジイソシアネートどうしを結合する前記有機化合物としては、置換もしくは非置換の飽和脂肪族炭化水素が好ましく、本実施形態のポリイソシアネートとしては、この置換もしくは非置換の飽和脂肪族炭化水素を介して複数のヘキサメチレンジイソシアネートが結合され、且つ、分子末端がヘキサメチレンジイソシアネートとなるように前記結合されたものが好ましい。
This polyisocyanate may have a linear molecular structure without branching or may have a branched structure. In order to make the elastic body layer flexible with low hardness, It is preferable not to have a structure exhibiting rigidity such as an aromatic group or an alicyclic group.
That is, the organic compound that bonds hexamethylene diisocyanate to each other is preferably a substituted or unsubstituted saturated aliphatic hydrocarbon, and the polyisocyanate of the present embodiment is formed via this substituted or unsubstituted saturated aliphatic hydrocarbon. It is preferable that a plurality of hexamethylene diisocyanates are bonded and the bonds are made such that the molecular ends are hexamethylene diisocyanate.
なお、ヘキサメチレンジイソシアネートどうしを結合する前記有機化合物としては、主鎖にエーテル結合を備えた分子構造、及び、アルキル基を側鎖として備えた分子構造の内、少なくともいずれかの分子構造を有する分子量500以下のグリコールが好ましい。
即ち、本実施形態のポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアネート基と前記グリコールの水酸基とを縮合反応によって結合させたものが好ましい。
The organic compound that binds hexamethylene diisocyanate to each other includes a molecular structure having at least one of a molecular structure having an ether bond in the main chain and a molecular structure having an alkyl group as a side chain. A glycol of 500 or less is preferred.
That is, the polyisocyanate of this embodiment is preferably one in which the isocyanate group of hexamethylene diisocyanate and the hydroxyl group of the glycol are bonded by a condensation reaction.
より具体的には、前記ポリイソシアネートとしては、下記構造式(1)、(2)に示すようなヘキサメチレンジイソシアネートの多量体(下記構造式(1))か、トリメチロールプロパン等の低分子量のグリコールとヘキサメチレンジイソシアネートとをウレタン結合によって結合させたアダクト体(下記構造式(2))かのいずれか、又は、これらの内の1種以上の混合物であることが好ましく、特に下記構造式(1)で表されるポリイソシアネートの1種以上と、下記構造式(2)で表されるポリイソシアネートの1種以上とを混合して用いることが好ましい。 More specifically, the polyisocyanate may be a multimer of hexamethylene diisocyanate as shown in the following structural formulas (1) and (2) (the following structural formula (1)) or a low molecular weight such as trimethylolpropane. Any one of adducts obtained by bonding glycol and hexamethylene diisocyanate by urethane bonds (the following structural formula (2)) or a mixture of one or more of these is preferable. It is preferable to use a mixture of one or more polyisocyanates represented by 1) and one or more polyisocyanates represented by the following structural formula (2).
なお、下記構造式(1)で表されるポリイソシアネートと、下記構造式(2)で表されるポリイソシアネートとを含有する混合物を、前記ポリウレタンエラストマーを構成するためのポリイソシアネートとして採用する場合には、下記構造式(2)で表されるポリイソシアネートの分子の数よりも下記構造式(1)で表されるポリイソシアネートの分子の数が多くなるように前記混合物を形成させることが好ましい。 When a mixture containing a polyisocyanate represented by the following structural formula (1) and a polyisocyanate represented by the following structural formula (2) is employed as the polyisocyanate for constituting the polyurethane elastomer. Is preferably formed such that the number of polyisocyanate molecules represented by the following structural formula (1) is larger than the number of polyisocyanate molecules represented by the following structural formula (2).
また、前記ポリイソシアネートとしては、前記のような構造式(1)、(2)で表されるものの一部、又は、全部に代えてジエチレングリコールなどのエーテル結合を有する多価アルコール、2−エチル−1,6−ヘキサンジオールなどの側鎖アルキル基を有する多価アルコール、若しくは、ジプロピレングリコールなどのようにエーテル結合と側鎖アルキル基との両方を有する多価アルコールとヘキサメチレンジイソシアネートとをウレタン結合で結合させたポリイソシアネートを採用しても良い。
即ち、これらの多価アルコールの水酸基とヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアネート基とを結合させた分子末端にイソシアネート基を有するポリイソシアネートも本実施形態のポリウレタンエラストマーを構成するためのポリイソシアネートとして好適に採用しうる。
In addition, as the polyisocyanate, a part of those represented by the structural formulas (1) and (2), or a polyhydric alcohol having an ether bond such as diethylene glycol instead of the whole, 2-ethyl- A polyhydric alcohol having a side chain alkyl group such as 1,6-hexanediol, or a polyhydric alcohol having both an ether bond and a side chain alkyl group such as dipropylene glycol and hexamethylene diisocyanate are urethane-bonded. You may employ | adopt the polyisocyanate couple | bonded by.
That is, a polyisocyanate having an isocyanate group at the molecular terminal obtained by bonding a hydroxyl group of these polyhydric alcohols and an isocyanate group of hexamethylene diisocyanate can also be suitably used as the polyisocyanate for constituting the polyurethane elastomer of this embodiment. .
また、本実施形態のポリイソシアネートは、平均官能基数が2.5以上6.0以下であることが好ましく、該平均官能基数は3.0以上5.8以下であることがより好ましく、3.5以上5.5以下であることが特に好ましい。
また、本実施形態におけるポリイソシアネートは、そのNCO%が、12%以上20%以下であることが好ましい。
In addition, the polyisocyanate of the present embodiment preferably has an average functional group number of 2.5 or more and 6.0 or less, and more preferably 3.0 or more and 5.8 or less. It is particularly preferably 5 or more and 5.5 or less.
Further, the polyisocyanate in this embodiment preferably has an NCO% of 12% or more and 20% or less.
なお、本実施形態の弾性体層3を形成させるためのポリウレタンエラストマーは、弾性体層の物性に実質的に悪影響を及ぼさない範囲において前記ポリエステルポリオール以外のポリオールや鎖伸長剤などを適宜含有させうる。
また、本実施形態の弾性体層3には、弾性体層の物性に実質的に悪影響を及ぼさない範囲において前記カーボンブラック及び前記黒鉛以外の導電性フィラーや、その他の無機フィラー、シランカップリング剤、可塑剤、酸化防止剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、抗菌剤等を適宜含有させることができる。
In addition, the polyurethane elastomer for forming the
In addition, the
このような弾性体層3の外周に形成させる前記表面層4は、一般的な現像ローラの表面層と同様の材料によって形成させることができ、フッ素樹脂や熱可塑性ポリウレタンなどのベースポリマーに前記カーボンブラックや前記黒鉛などの導電性フィラーを含有させた樹脂組成物などによって形成させ得る。
The surface layer 4 formed on the outer periphery of the
さらに、前記芯金2も一般的な現像ローラと同様のものとすることができ、該芯金2は、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル等の金属及びその合金からなるものや、これらに、溶融めっき、電解めっき、無電解めっきなどが施されたものとすることができる。
Furthermore, the cored
本実施形態の現像ローラ1は上記のような原材料を用いて例えば次のようにして製造することができる。
まず、作製する弾性体層3の外径よりも僅かに径大な円柱状のキャビティを有する金型の中心部に芯金2をセットするとともに上述した前記ポリエステルポリオールと前記ポリイソシアネートと前記カーボンブラックと前記黒鉛とを準備し、一旦、前記カーボンブラックと前記黒鉛とを前記ポリエステルポリオールにミキサーやビーズミル等を用いて分散させて分散液を作製する。
次いで、この分散液と前記ポリイソシアネートとを混合した混合液を前記金型に流し込み、該混合液を前記金型ごと加熱することにより型内で硬化させた後、脱型し、さらに加熱してポリウレタンエラストマーの後架橋を実施し、表面研磨による外径調整を行って芯金2の外周に弾性体層3が設けられた半製品を作製する。
The developing
First, the
Next, a mixed liquid obtained by mixing the dispersion and the polyisocyanate is poured into the mold, and the mixed liquid is cured together with the mold to be cured in the mold, and then demolded and further heated. Post-crosslinking of the polyurethane elastomer is performed, and the outer diameter is adjusted by surface polishing to produce a semi-finished product in which the
さらに、例えば、表面層を形成させるための樹脂組成物を溶媒に分散させて適度な粘度となるように調製されたコーティング液を前記半製品の表面に塗布、乾燥させて本実施形態の現像ローラを作製することができる。 Further, for example, a coating liquid prepared to disperse a resin composition for forming a surface layer in a solvent so as to have an appropriate viscosity is applied to the surface of the semi-finished product and dried to develop the developing roller of this embodiment Can be produced.
このとき前記ポリエステルポリオールが前記のような出発物質からなることで、DBP吸油量の値が小さなカーボンブラックを比較的大量に分散させても低粘度なものとなり、注型における作業性を良好なものとすることができる。
しかも、本実施形態の現像ローラ1は、黒鉛とともに小サイズなカーボンブラックが多量に含有されることで導電性エラストマーの体積に占める導電性フィラーの表面積を従来の現像ローラなどに比べて増大させている。
従って、前記導電性エラストマーによって形成されている弾性体層3は、長期通電を行っても電気特性の変化が少なく、電子写真装置に安定した印刷品質を発揮させることができる。
At this time, since the polyester polyol is composed of the starting materials as described above, even when carbon black having a small DBP oil absorption value is dispersed in a relatively large amount, the viscosity becomes low and the workability in casting is good. It can be.
In addition, the developing
Therefore, the
なお、本発明の電子写真装置用導電性エラストマー部材は、、液体現像電子写真装置に限らず乾式現像電子写真装置においても好適に用いられ、具体的には、例えばレーザービームプリンターなどのプリンター、複写機、ファクシミリなどに用いられうる。 The electroconductive elastomer member for an electrophotographic apparatus of the present invention is suitably used not only in a liquid developing electrophotographic apparatus but also in a dry developing electrophotographic apparatus. Specifically, for example, a printer such as a laser beam printer, a copying machine, and the like. It can be used for a machine, a facsimile machine or the like.
また、本発明の電子写真装置用導電性エラストマー部材は、トナーを感光体に付着させるための現像ローラなどの部材(現像部材)に限定されるものではなく、光の照射により導電性が変化する感光体を帯電させるための帯電ローラ等の帯電部材、前記感光体に付着したトナーを転写媒体へと転写させる転写ローラ等の転写部材が挙げられる。
また、本実施形態においては、芯金という導電性エラストマー以外の材料を用いて形成された現像ローラを本発明の電子写真装置用導電性エラストマー部材の例として挙げているが、導電性エラストマーのみで形成されたベルト状やシート状の部材も、現像ローラなどのローラ状の部材と同様に本発明の電子写真装置用導電性エラストマー部材として意図するものであり形態等に関して特に限定されるものでもない。
The electroconductive elastomer member for an electrophotographic apparatus of the present invention is not limited to a member (developing member) such as a developing roller for adhering toner to a photoreceptor, and the conductivity changes by light irradiation. Examples thereof include a charging member such as a charging roller for charging the photoconductor, and a transfer member such as a transfer roller for transferring the toner adhering to the photoconductor to a transfer medium.
Further, in this embodiment, a developing roller formed using a material other than the conductive elastomer called a cored bar is cited as an example of the conductive elastomer member for an electrophotographic apparatus of the present invention. The formed belt-like or sheet-like member is also intended as a conductive elastomer member for an electrophotographic apparatus of the present invention, and is not particularly limited with respect to the form, like a roller-like member such as a developing roller. .
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these.
<導電性ローラの製造>
電子写真装置用導電性エラストマー部材としてローラを作製した。
そして、このローラの作製には、下記のような材料を用いた。
<Manufacture of conductive roller>
A roller was produced as a conductive elastomer member for an electrophotographic apparatus.
And the following materials were used for preparation of this roller.
(導電性フィラー)
・カーボンブラック1(CB1):
三菱化学社製カーボンブラック(粒子径24nm、DBP吸油量約45cm3/100g)、商品名「#45L」
・カーボンブラック2(CB2):
三菱化学社製カーボンブラック(粒子径23nm、DBP吸油量約64cm3/100g)、商品名「#47」
・カーボンブラック3(CB3):
三菱化学社製カーボンブラック(粒子径24nm、DBP吸油量約78cm3/100g)、商品名「#44」
・黒鉛1(GF1):
日本黒鉛社製天然黒鉛(平均粒子径5μm) 、商品名「UP5」
(Conductive filler)
Carbon black 1 (CB1):
Mitsubishi Chemical Co., Ltd. carbon black (particle diameter of 24nm, DBP oil absorption of about 45cm 3 / 100g), the trade name of "# 45L"
Carbon black 2 (CB2):
Mitsubishi Chemical Co., Ltd. carbon black (particle diameter of 23nm, DBP oil absorption of about 64cm 3 / 100g), the trade name of "# 47"
Carbon black 3 (CB3):
Mitsubishi Chemical Co., Ltd. carbon black (particle diameter of 24nm, DBP oil absorption of about 78cm 3 / 100g), the trade name of "# 44"
Graphite 1 (GF1):
Natural graphite (average particle size 5μm) manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., trade name “UP5”
(ポリオール)
・ポリオール1(PO1):
側鎖を有する炭素数4以上のグリコール(A1):3−メチル−1,5−ペンタンジオール
炭素数2又は3の直鎖状のグリコール(A2):エチレングリコール
水酸基を3個以上有するグリコール(A3):トリメチロールプロパン
を(A1):(A2):(A3)の質量比で100:5.8:14.8となるように含有するポリオール成分(A)、及び、アジピン酸(B)を100:111.8(A:B)の質量比率で反応させてなる数平均分子量が2000で、水酸基価が86mg/KOHgのポリエステルポリオール
・ポリオール2(PO2):
ジエチレングリコールとトリメチロールプロパンとアジピン酸との縮重合エステルである低分岐ポリオール(日本ポリウレタン工業社製、商品名「ニツポランN−4032」、平均官能基数2.35、水酸基価60mg/KOHg)
(Polyol)
-Polyol 1 (PO1):
Glycol having 4 or more carbon atoms having side chain (A1): 3-methyl-1,5-pentanediol Linear glycol having 2 or 3 carbon atoms (A2): ethylene glycol Glycol having 3 or more hydroxyl groups (A3 ): Trimethylolpropane A polyol component (A) containing a mass ratio of (A1) :( A2) :( A3) of 100: 5.8: 14.8, and adipic acid (B) Polyester polyol having a number average molecular weight of 2000 and a hydroxyl value of 86 mg / KOHg, which are reacted at a mass ratio of 100: 111.8 (A: B)
Polyol 2 (PO2):
A low-branched polyol which is a polycondensation ester of diethylene glycol, trimethylolpropane and adipic acid (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., trade name “Nitsporan N-4032”, average functional group number 2.35, hydroxyl value 60 mg / KOHg)
(ポリイソシアネート)
・ポリイソシアネート1(PI1):
トリレンジイソシアネート(2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネートの混合物[(2,4−TDI)/(2,6−TDI)=80/20 質量比]
(Polyisocyanate)
-Polyisocyanate 1 (PI1):
Tolylene diisocyanate (mixture of 2,4-tolylene diisocyanate and 2,6-tolylene diisocyanate [(2,4-TDI) / (2,6-TDI) = 80/20 mass ratio]
(ローラ試料の形成:実施例1)
前記ポリオール1(PO1)、前記カーボンブラック1(CB1)、及び、前記黒鉛1(GF1)とが100:1.9:3.5(PO1:CB1:GF1)の質量比となるように分散液(DL)を調整した後に、この分散液(DL)と前記ポリイソシアネート1(PI1)とを100:11.1(DL:PI1)の質量比で混合して混合液を作製した。
内径20mm、長さ300mmの細長い円柱状の内部空間を有する成形型に前記内部空間の中心を通るように直径6mmの芯金を仕込み、前記混合液を注型した。
そして、前記混合液を成形型ごと加熱して硬化させて芯金の外周に弾性体層が装着された太さ(直径)20mmの成形物を作製し、該成形物の外周を研磨してローラ試料を作製した。
なお、ローラ試料は、前記弾性体層の径方向における厚みが6mm、軸方向における長さが23cmとなるように形成させて当該弾性体層形成部分における太さ(直径)が18mmとなるように作製した。
そして、前記混合液は、低粘度な物となっており、注型作業が容易であった。
また、前記弾性体層における最終的なカーボンブラック1(CB1)の含有量は1.6質量%であり、前記黒鉛1(GF1)の含有量は3.0質量%であった。
(Roller sample formation: Example 1)
Dispersion so that the polyol 1 (PO1), the carbon black 1 (CB1), and the graphite 1 (GF1) have a mass ratio of 100: 1.9: 3.5 (PO1: CB1: GF1). After adjusting (DL), the dispersion (DL) and the polyisocyanate 1 (PI1) were mixed at a mass ratio of 100: 11.1 (DL: PI1) to prepare a mixed solution.
A metal core having a diameter of 6 mm was charged in a molding die having an inner cylindrical space having an inner diameter of 20 mm and a length of 300 mm so as to pass through the center of the inner space, and the mixed liquid was cast.
Then, the mixed liquid is heated and cured together with a molding die to produce a molded product having a thickness (diameter) of 20 mm in which an elastic body layer is mounted on the outer periphery of the core metal, and the outer periphery of the molded product is polished to a roller. A sample was prepared.
The roller sample is formed so that the elastic layer has a thickness in the radial direction of 6 mm and a length in the axial direction of 23 cm so that the thickness (diameter) of the elastic layer forming portion is 18 mm. Produced.
And the said liquid mixture became a low-viscosity thing, and the casting operation | work was easy.
The final carbon black 1 (CB1) content in the elastic layer was 1.6 mass%, and the graphite 1 (GF1) content was 3.0 mass%.
(通電抵抗安定性評価)
前記ローラ試料に形成させた弾性体層の平面視における面積よりも大面積なステンレス板を用意し、該ステンレス板を平置きした上に前記ローラ試料を乗せ、弾性体層が全長に亘ってステンレス板の上面と接するように前記ローラ試料を配置した。
この状態で芯金の両端に片端5Nずつ(合計10N)の荷重をかけて前記ローラ試料をステンレス板に向けて加圧し、前記弾性体層の外周面を略一定のニップ幅でステンレス板に当接させた。
そして、前記芯金と前記ステンレス板との間に100μAの直流電流を高圧電源(トレック・ジャパン社製、型名「610C」)を使って5時間通電し続け、通電開始直後における抵抗値(R0)に対する通電開始1時間後の抵抗値(R1)の比率(R1/R0)及び通電開始5時間後の抵抗値(R5)の比率(R5/R0)をそれぞれ求め通電抵抗安定性を評価した。
結果を、各抵抗値(R0、R1、R5)とともに下記の表1に示す。
(Electrical resistance stability evaluation)
A stainless steel plate having an area larger than the area of the elastic layer formed on the roller sample in plan view is prepared, the roller sample is placed on the stainless steel plate, and the elastic layer is made of stainless steel over the entire length. The roller sample was placed in contact with the upper surface of the plate.
In this state, the roller specimen is pressed against the stainless steel plate by applying a load of 5N (10N in total) to both ends of the metal core, and the outer peripheral surface of the elastic layer is applied to the stainless steel plate with a substantially constant nip width. Touched.
Then, a 100 μA direct current between the metal core and the stainless steel plate is continuously energized for 5 hours using a high-voltage power supply (manufactured by Trek Japan Co., Ltd., model name “610C”). The ratio (R1 / R0) of the resistance value (R1) 1 hour after the start of energization and the ratio (R5 / R0) of the resistance value (R5) 5 hours after the start of the energization were respectively evaluated.
A result is shown in following Table 1 with each resistance value (R0, R1, R5).
(インピーダンス測定)
前記の通電抵抗安定性評価と同様にローラ試料をステンレス板に合計10Nの荷重をかけて加圧した状態で、LCRメータ(日置電機社製、型名「3522−50」)を用いて前記芯金と前記ステンレス板との間に実効値500mVの交流電圧を1Hzから20kHzにわたる周波数で印加してインピーダンス測定を行い電圧に対する電流の位相差を測定した。
このとき、電圧波形に対する電流波形の遅れ角は、1Hzから20kHzまでの間、−90°から−60°までの間に収まっていた。
そして、電圧波形に対する電流波形の遅れ角の内、最も遅れ角の小さな値(位相差の最大値)を下記表1に示す。
(Impedance measurement)
In the same manner as in the current resistance resistance evaluation, the core was pressed using a LCR meter (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., model name “3522-50”) in a state where the roller sample was pressed with a total load of 10 N. An AC voltage having an effective value of 500 mV was applied between gold and the stainless steel plate at a frequency ranging from 1 Hz to 20 kHz, and impedance measurement was performed to measure the phase difference of the current with respect to the voltage.
At this time, the delay angle of the current waveform with respect to the voltage waveform was between 1 Hz and 20 kHz, and between −90 ° and −60 °.
Table 1 below shows the smallest value of the delay angle (maximum value of the phase difference) among the delay angles of the current waveform with respect to the voltage waveform.
(実施例2〜18)
用いるカーボンブラックの種類や、当該カーボンブラック、及び、黒鉛の含有量を表1、2に示す通りに変更したこと以外は実施例1と同様にローラ試料を作製して実施例1と同様に評価した。
結果を、表1、2に示す。
(Examples 2 to 18)
A roller sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the types of carbon black to be used and the contents of the carbon black and graphite were changed as shown in Tables 1 and 2, and evaluated in the same manner as in Example 1. did.
The results are shown in Tables 1 and 2.
(比較例1〜8)
用いるカーボンブラックやポリオールの種類、カーボンブラック及び黒鉛の含有量を表3に示す通りに変更したこと以外は実施例1と同様にローラ試料を作製して実施例1と同様に評価した。
結果を、表3に示す。
なお、比較例1、4、7、8については、カーボンブラック及び黒鉛をポリオールに分散させた分散液の粘度が高く、注型成形自体が困難であったため評価可能なローラ試料を得ることができなかった。
(Comparative Examples 1-8)
A roller sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the types of carbon black and polyol used, and the contents of carbon black and graphite were changed as shown in Table 3, and evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 3.
For Comparative Examples 1, 4, 7, and 8, a roller sample that can be evaluated can be obtained because the dispersion of carbon black and graphite dispersed in polyol has a high viscosity and cast molding itself is difficult. There wasn't.
これらの表からも、本発明によれば電気抵抗値の安定した電子写真装置用導電性エラストマー部材が提供され得ることがわかる。 From these tables, it can be seen that according to the present invention, a conductive elastomer member for an electrophotographic apparatus having a stable electric resistance value can be provided.
1:現像ローラ(電子写真装置用導電性エラストマー部材)、2:芯金、3:弾性体層、4:表面層 1: developing roller (conductive elastomer member for electrophotographic apparatus), 2: cored bar, 3: elastic layer, 4: surface layer
Claims (3)
前記導電性エラストマーが前記カーボンブラックを1質量%以上3質量%以下の割合で含有し、前記黒鉛を3質量%以上8質量%以下の割合で含有しており、前記カーボンブラックのDBP吸油量が45cm3/100g以上64cm3/100g以下で、前記黒鉛の平均粒子径が3μm以上10μm以下であり、前記ポリウレタンエラストマーは、前記ポリエステルポリオールが、側鎖を有する炭素数4以上のグリコール(A1)と、炭素数2又は3の直鎖状のグリコール(A2)と、水酸基を3個以上有するグリコール(A3)とを少なくとも含むグリコール成分(A)をアジピン酸(B)と反応させた数平均分子量が2000以上3000以下で水酸基価が80mg/KOHg以上88mg/KOHg以下のポリエステルポリオールであることを特徴とする電子写真装置用導電性エラストマー部材。 A conductive elastomer member for an electrophotographic apparatus formed of a conductive elastomer containing a polyurethane elastomer obtained by reacting a polyester polyol and a polyisocyanate, graphite, and carbon black,
The conductive elastomer contains the carbon black in a proportion of 1% by mass or more and 3% by mass or less, and the graphite contains 3% by mass or more and 8% by mass or less of the carbon black. 45cm 3/100 g or more 64cm 3/100 g or less, an average particle diameter of the graphite is at 3μm or 10μm or less, wherein the polyurethane elastomer, the polyester polyol is the number 4 or more glycols carbon having a side chain (A1) A number average molecular weight obtained by reacting a glycol component (A) containing at least a linear glycol (A2) having 2 or 3 carbon atoms and a glycol (A3) having at least 3 hydroxyl groups with adipic acid (B) A polyester polyol having a hydroxyl value of 2,000 to 3,000 and a hydroxyl value of 80 mg / KOHg to 88 mg / KOHg. A conductive elastomer member for an electrophotographic apparatus.
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